在航空航天技术飞速发展的今天,随着对高速飞行器研制的迫切需要,实现对超声速、高超声速流场结构可视化研究以及对流场参数的精确测量已成为亟需解决的问题之一,并且对推动超声速飞行发展有十分重要的现实意义。随着激光的出现与发展,光学诊断技术随之高速发展。相比于传统诊断技术,光学诊断技术具有无干扰、高分辨率、高精度以及可视化等优点而被广泛应用于流场检测方面。由于超声速流动受到激波、可压缩性、不稳定性以及湍流等诸多因素的影响,使用相应的流动成像技术时会面临诸多困难;而在高超声速复杂流动及高温条件下进行流场的温度、速度及密度等定量测量,其技术难度更大;同时随着对超声速复杂流动的深入研究,对光学测量结果的要求更高。所以开发与研究适用于超声速流场的光学诊断技术具有重要的研究意义。针对上述问题,本文研究和讨论了飞秒激光诱导化学发光技术对超声速流场激波结构成像的可行性,之后进行了飞秒激光电子激发标记技术在超声速流场中速度测量的试验验证。首先研究了飞秒激光诱导化学发光技术的发光原理,之后将该技术应用到轴对称超声速流场之中,探究该技术对流场中激波结构成像的可行性。实验结果表明:飞秒激光诱导化学发光技术的荧光信号主要来自于飞秒激光与甲烷氮气混合气相互作用之后发生化学反应生成的激发态的CN粒子。通过与瑞利散射激波结构成像的实验结果进行对比,表明该技术对于超声速流场激波结构的成像结果是精确可信的,并且其测量结果图像有着很高的信噪比,可以呈现流场中清晰的激波结构,有潜力应用于流场激波精细结构成像研究之中。在上述实验基础之上,本文使用飞秒激光电子激发标记技术对轴对称超声速流场的速度参量进行了定量测量,研究该技术在超声速流场之中的速度测量结果的精确性。分别测量了流场中心线速度变化、不同径向位置流场的轴向速度变化与不同轴向高度流场的一维轴向速度变化。飞秒激光电子激发标记技术可以实现一维速度测量,本文在此基础之上,使用流场扫描的方法,测量得到了超声速流场的二维轴向速度场,为之后的研究提供了参考。